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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Kettenspanner zum Konstanthalten
der Spannung in einer Kette, wie z. B. einer Nockenwellenantriebskette.
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Ein
gattungsgemäßer Kettenspanner
ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 40 17 601 A1 bekannt.
Aus der deutschen Patentschrift
DE 36 23 903 C1 und der amerikanischen Patentschrift
US 4,863,417 sind Vorrichtungen
zum Spannen einer Kette bekannt, die zur Verhinderung der Rückbewegung
des Stabes bzw. Kolbens Gewindeeinrichtungen aufweisen. Die
EP 0 615 076 A1 lehrt
eine Kettenspannvorrichtung mit hydraulischer Dämpfung, die keine Gewindeeingriffsvorrichtung
aufweist, die bei einer axial statisch aufgebrachten Beanspruchung
ein Zurückweichen
eines Stabelementes verhindert oder dieses zulässt. Gemäß diesem Stand der Technik
wird das Zurückweichen
des Stabelementes durch einen Ölgegendruck
in der Zylinderkammer unterbunden. Eine Spannvorrichtung, die auf
die Verwendung hydraulischer Mittel verzichtet ist aus der
DE 16 50 669 A bekannt.
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9 zeigt
einen herkömmlichen
Kettenspanner dieses Typs. Er weist einen Stößel 62 und eine Ketteneinstellungsfeder 63 auf,
die beide in einer Zylinderkammer 61 ausgebildet sind,
die in einem Gehäuse 60 ausgebildet
ist. Die Feder 63 belastet den Stößel 62 auswärts, um
ihn gegen eine Kette 64 zu drücken.
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Hinter
dem Stößel 62 ist
eine Druckkammer 65 befindlich, zu der sich ein Ölzuführungsdurchgang 66 öffnet. Ein
Rückschlagventil 67 ist
nahe dem Ölzuführungsdurchgang 66 vorgesehen.
Wenn sich der Stößel 62 auswärts bewegt,
so daß der
Druck in der Druckkammer 65 absinkt, öffnet sich das Rückschlagventil 67 und
gleichzeitig wird eine Ölzuführungspumpe
aktiviert, um Hydrauliköl
durch den Ölzuführungsdurch-gang 66 in
die Druckkammer 65 zu leiten.
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Wenn
sich die Spannung in der Kette 64 erhöht und der Stößel 62 in
das Gehäuse 60 gedrückt wird,
dient das Hydrauliköl,
das in der Druckkammer 65 abgekapselt ist, als eine Dämpfungsvorrichtung, die
die Bewegung des Stößels 62 dämpft. Wenn
die Kette 64 durchhängt,
drückt
die Spannungseinstellungsfeder 63 den Stößel 62 schnell
heraus, um die Spannung in der Kette 64 zu erhöhen. Der
Stößel 62 kann
gleichförmig
der folgenden schwankenden Spannung in der Kette 64 folgen,
womit die Spannung in der Kette zu jeder Zeit auf einem konstanten Pegel
gehalten wird.
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Im
Falle einer Nockenwellenantriebskette kann deren Spannung ansteigen,
wenn der Motor gestoppt wird, entsprechend der Positionen der Nocken auf
den Nockenwellen, wenn diese gestoppt werden. Die Kette 64 drückt somit
den Stößel 62 in
das Gehäuse 60,
wodurch der Öldruck
in der Druckkammer 65 erhöht wird. Das Öl in der
Kammer 65 tritt somit allmählich durch einen Spalt zwischen
den Gleitflächen
des Stößels 62 und
der Zylinderkammer 61 aus, womit der Stößel 62 zurückgezogen
wird.
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Wenn
der Motor in diesem Zustand wieder angelassen wird, und die Kette 64 durchhängt, wird sich
der Stößel 62 eine
große
Strecke auswärts
bewegen. Da der Motor gerade gestartet worden ist, ist die Ölzuführungspumpe
nicht genügend
erwärmt
und kann keine ausreichende Ölmenge
in die Druckkammer 65 fördern.
Somit kann Luft einen Weg in die Druckkammer finden, was das Dämpfungsverhalten des
Kettenspanners beeinträchtigt.
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Auch
hat unmittelbar nach dem Start des Motors das Öl eine hohe Viskosität und eine
niedrige Fließfähigkeit.
Dies ist auch ein potentieller Grund für das obige Problem.
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Um
dieses Problem zu lösen,
schlägt
das ungeprüfte
japanische Gebrauchsmuster
JP
64-25557 U vor, ein Gehäuse
mit schwenkbaren Sperrklinken zu schaffen, um zu verhindern, daß der Stößel in das Gehäuse gedrückt wird,
wenn der Motor abgeschaltet wird, durch Ineingriffbringen der Sperrklinken,
die auf dem Gehäuse
vorgesehen sind, mit einer Zahnstange, die auf dem Außenumfang
des Stößels vorgesehen
ist. Diese Anordnung hat jedoch ein Problem hinsichtlich der Lebensdauer,
da sich eine Beanspruchung von der Kette auf dem Bereich konzentriert,
wo die Zahnstange in die Sperrklinke eingreift. Auch wird, wenn
die Zähne
auf der Zahnstange mit einer kleinen Zahnteilung angeordnet sind,
das Spiel verschwinden, was bewirkt, daß die Kette überdehnt wird.
Wenn die Zahnteilung groß ist,
nimmt das Spiel stark zu. Die Kette wird daher heftig flattern,
wenn der Motor gestartet wird, bis die hydraulische Dämpfungsvorrichtung
aktiviert ist.
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Ein
Ziel dieser Erfindung ist es, einen dauerhaften, qualitativ hohen
Kettenspanner zu schaffen, der eine Einrichtung aufweist zum Verhindern,
daß Luft
in das Hydrauliköl
in der Druckkammer eintritt, wenn die Fließfähigkeit des Hydrauliköls niedrig
ist, z. B. wenn der Motor in einer kalten Umgebung gestartet wird,
und welcher nur ein geringes Geräusch
erzeugt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabe erfolgt durch einen Kettenspanner mit den Merkmalen des
Anspruchs 1.
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Gemäß dieser
Anordnung belastet die Spannungseinstellungsfeder das Stabelement
auswärts, um
den schwenkbaren Gleitschuh gegen die Kette zu pressen.
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Wenn
der Motor abgeschaltet wird, kann die Kette entsprechend der Positionen
der Nocken auf den Nockenwellen gedehnt werden, wenn diese stoppen.
Wenn dieses auftritt, wird eine Druckkraft auf das Stabelement von
der Kette aufgebracht. Da eine solche Druckkraft durch die Gewindeeingriffseinrichtung
aufgenommen wird, wird sich der Stab nicht zurückziehen, so daß die Kette
gedehnt gehalten wird.
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Wenn
somit der Motor wieder gestartet wird, wird die Kette nicht merkbar
durchhängen,
so daß der
Stab nicht merkbar hervorsteht. Dieses verhindert den Eintritt von
Luft in das Hydrauliköl
in der Hydraulikdämpfungsvorrichtung.
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Vorteilhafte
Weiterentwicklungen sind den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.
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Andere
Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
gemacht wurden.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
dieser Erfindung;
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2 eine
Draufsicht im Schnitt von 1;
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3 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Bereichs der Ausführungsform,
wo der Gewindebolzen in das Mutternelement eingreift;
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4 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Bereichs derselben, wo das Rückventil eingebaut ist;
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5 eine
Vorderansicht des Mutternelementes;
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6 eine
Schnittansicht einer Einrichtung zum Entlüften von Luft, die in die Druckkammer
eingedrungen ist;
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7 eine
Schnittansicht einer anderen Luftentlüftungseinrichtung;
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8 eine
teilweise vergrößerte Ansicht
von 7; und
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9 eine
Schnittansicht eines herkömmlichen
Kettenspanners, Ausführungsformen
dieser Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
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1 zeigt
ein Kettensystem zum Antreiben einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors.
Der Motor weist eine Kurbelwelle 1 auf, die an einem Ende
ein Kettenrad 2 trägt.
Eine Kette 3 überträgt die Drehung
des Kettenrades 2 auf ein Kettenrad 5, das auf
einem Ende einer Nockenwelle 4 angebracht ist.
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Das
Kettensystem weist einen Gleitschuh 6 auf, der schwenkbar
um eine Welle 7 befindlich ist und gegen ein Leertrum 3a der
Kette 3 gedrückt
wird. Ein Kettenspanner 10 belastet den Gleitschuh 6 gegen
die Kette 3 vor, um die Kette zu dehnen.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt ist, weist der Kettenspanner 10 ein
Gehäuse 11 auf,
das mit der Wandfläche
einer Kurbelkammer, die in einem Zylinderblock 8 ausgebildet
ist, befestigt ist. Das Gehäuse 11 weist
eine Zylinderkammer 12 auf, die ein offenes Ende aufweist,
das zu dem Gleitschuh 6 weist. Ein hinteres Ende eines
Stabelementes 13 ist in die Zylinderkammer 12 durch
deren offenes Ende eingesetzt.
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Eine
Spannungseinstellungsfeder 14, die in der Zylinderkammer 12 montiert
ist, belastet das Stabelement 13 nach außen, um
den Gleitschuh 6 gegen die Kette 3 zu drücken, wodurch
diese gedehnt wird.
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Während der
Motor im Betrieb ist, schwankt die Spannung in der Kette, so daß eine dynamische Beanspruchung
von der Kette 3 auf das Stabelement 13 aufgebracht
wird. Wenn der Motor abgeschaltet wird, kann die Kette 3 entsprechend
der Positionen der Nocken auf der Nockenwelle 4 gedehnt
werden, wenn diese stoppen. In diesem Zustand wird eine statische
Beanspruchung auf das Stabelement 13 von der Kette 3 aufgebracht.
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Eine
dynamische Beanspruchung, die auf das Stabelement 13 aufgebracht
wird, wird durch eine Ölzuführungs-Hydraulikdämpfungsvorrichtung 20 gedämpft. Eine
statische Beanspruchung, die auf das Stabelement 13 aufgebracht
wird, wird durch einen Gewindeeingriffsmechanismus 40 getragen,
so daß die
statische Beanspruchung nicht das Stabelement 13 zurückziehen
kann.
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Die
hydraulische Dämpfungsvorrichtung 20 umfaßt einen
Stößel 21,
der in der Zylinderkammer 12 hinter dem Stabelement 13 so
montiert ist, daß er entlang
der Innenfläche
der Zylinderkammer 12 verschiebbar ist. Eine Druckkammer 22 ist
hinter dem Stößel 21 begrenzt,
zu der sich ein Ölzuführungsdurchgang 23 öffnet. Ein
Rückschlagventil 24 ist nahe
dem Durchgang 23 vorgesehen.
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Der Ölzuführungsdurchgang 23 kommuniziert
mit einem Öldurchgang 25,
der in dem Zylinderblock 8 ausgebildet ist. Eine nicht
gezeigte Hydraulikpumpe ist mit dem Durchgang 25 verbunden.
Hydrauliköl
wird in die Druckkammer 22 durch Aktivieren der Hydraulikpumpe
zugeführt.
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Unter
Bezugnahme auf 4 weist das Rückschlagventil 24 einen
zylindrischen Ventilsitz 26 auf, der lose in dem Auslaß des Ölzuführungsdurchganges 23 eingepaßt ist und
einen Flansch 27 aufweist, der auf dem Außenumfang
desselben ausgebildet ist und in Anlage mit dem geschlossenen Ende der
Zylinderkammer 12 gebracht ist. Der Ventilsitz 26 weist
eine konische Fläche 28 auf,
die um dessen Ölauslaßende ausgebildet
ist. Eine Sperrkugel 29 wird in einer Halterung 30 so
zurückgehalten,
daß sie
in Kontakt und außer
Kontakt mit der konischen Fläche 28 bewegbar
ist.
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Die
Halterung 30 umfaßt
einen Topfbereich 31, der die Sperrkugel 29 abdeckt
und ist mit einem Ölkanal 32 ausgebildet,
und umfaßt
einen Flansch 33, der um den Rand der Öffnung des Topfbereiches 31 vorgesehen
ist. Die Montageposition der Halterung 30 wird durch dessen
Napfbereich beschränkt, der
um das Ende des Ventilsitzes 26 und dessen Flansch 33 in
Anlage mit dem Flansch 27 des Ventilsitzes 26 angepaßt ist.
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Das
Stabelement 13 ist ein Gewindebolzen, der einen Teil des
Gewindeeingriffsmechanismus 40 bildet. Das Stabelement,
d. h. der Gewindebolzen 13 hat Außengewinde 41, die
in eine zylindrische Mutter 42 verschraubbar in Eingriff
gebracht sind, die in der Öffnung
der Zylinderkammer 12 preßgepaßt ist.
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5 zeigt
das Mutternelement 42 im einzelnen. Es wird durch Sintern
gebildet und weist Innengewinde 43 auf, die auf dem Innenumfang
an diametral gegenüberliegenden
Positionen gebildet sind. Jedes Innengewinde 43 sollte
sich in einem Winkelbereich θ erstrecken,
der 60° nicht überschreitet.
Wenn er 60° überschreitet,
neigt die Materialdichte der Mutter dazu, an den Bereichen ungleichmäßig zu sein, wo
die Innengewinde 43 ausgebildet sind, wenn die Mutter durch
Sintern ausgebildet wird. Die so ausgebildeten Innengewinde 43 neigen
dazu, eine niedrige Festigkeit zu haben.
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Wie
in 3 gezeigt ist, haben die Innengewinde 43 und
die auf dem Außenumfang
des Stabelementes 13 ausgebildeten Außengewinde 41 die Form
von Zacken, wobei der Winkel der Druckflanke 44, d. h.
der Flanke, auf dem die Druckkraft von dem Stabelement 13 wirkt,
größer als
der Winkel der Freiflanke 45 ist.
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Die
Teilflankenwinkel und Steigungswinkel der Gewinde sind so bestimmt,
daß der
Mechanismus eine gleichförmige
Auswärtsbewegung
des Stabelementes 13 unter der Kraft der Spannungseinstellungsfeder 14 gestattet.
Hinsichtlich der Bewegung des Stabelementes 13 in der Zurückziehrichtung, hemmt
der Mechanismus 40 eine solche Bewegung unter einer statischen
Beanspruchung. Wenn aber eine dynamische Beanspruchung auf das Stabelement 13 aufgrund
der Schwingung der Kette aufgebracht wird, kann sich das Stabelement
allmählich zurückziehen,
während
es sich in der Gewindebohrung dreht, bis die dynamische Beanspruchung,
die auf das Stabelement 13 aufgebracht wird, sich mit der
Kraft der Spannungseinstellungsfeder 14 ausgleicht.
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Unter
Bezugnahme auf 1 schwankt die Spannung in der
Kette 3, während
sie die Drehung der Kurbelwelle 1 auf die Nockenwelle 4 überträgt. Wenn
die Spannung in dem Leertrum 3a der Kette 3 vermindert
wird, steht das Stabelement 13 nach außen hervor, wobei es durch
die Spannungseinstellungsfeder 14 vorbelastet wird.
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Da
der Flankenwinkel und die Steigung der Freiflanken 45 so
bestimmt sind, daß der
Mechanismus eine freie Bewegung des Stabelementes 13 in der
Hervorstehrichtung ermöglicht,
kann das Stabelement schnell nach außen vorstehen, während es sich
dreht, um den Gleitschuh 6 gegen die Kette zu drücken. Ein
Durchhängen
des Leertrums 3a der Kette verschwindet somit dauerhaft.
Wenn die Kraft, die auf das Stabelement 13 von der Kette
aufgebracht wird, sich mit der Kraft der Spannungseinstellungsfeder 14 ausgleicht,
stoppt das Stabelement 13.
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Während sich
das Stabelement 13 nach außen bewegt, bewegt sich auch
der Stößel 21 zusammen
mit dem Stabelement 13 nach außen. Der Druck in der Druckkammer 22 sinkt
somit. Das öffnet
das Rückschlagventil 24,
so daß Hydrauliköl in die
Druckkammer 22 durch den Ölzuführungsdurchgang 23 strömt.
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Wenn
sich das Stabelement 13 nach außen bewegt, bewegt es sich
axial, während
es sich dreht, wobei dessen Ende in Kontakt mit der Endfläche des Stößels 21 befindlich
ist. Wenn der Kontaktwiderstand zwischen dem Stabelement 13 und
dem Stößel 21 groß ist, kann
sich das Stabelement 13 weder gleichförmig drehen noch kann es sich
gleichförmig axial
bewegen.
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Es
wird daher bevorzugt, den Kontaktwiderstand zwischen dem Stabelement 13 und
dem Stößel 21 zu
minimieren, in dem diese einen Punktkontakt miteinander haben. Zu
diesem Zweck weist der Stößel 21 der
Ausführungsform
eine konvex gewölbte Stirnfläche 50 auf,
die in Punktkontakt mit einer ebenen Stirnfläche 51 des Stabelementes 13 gebracht ist.
Es können
aber auch sowohl der Stößel 21 als auch
das Stabelement 13 konvex gewölbte Stirnflächen haben.
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Wenn
sich die Spannung in dem Leertrum 3a der Kette 3 aufgrund
der Drehmomentschwankung erhöht,
wird eine Druckkraft von der Kette auf das Stabelement 13 über den
Gleitschuh 6 aufgebracht. Da diese Druckkraft eine dynamische
Beanspruchung ist, kann sich das Stabelement 13 gleichförmig in
der Mutter drehen, während
dessen Außengewinde 41 in
Eingriff mit den Innengewinden 43 der Mutter 42 befindlich
sind. Die Druckkraft, die auf das Stabelement 13 aufgebracht
ist, wird somit auf den Stößel 21 übertragen.
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Das
erhöht
den Druck in der Druckkammer 22. Der Ölzuführungsdurchgang wird somit
durch das Rückschlagventil 25 geschlossen,
und die Druckkraft wird durch das Hydrauliköl, das in der Druckkammer 22 abgekapselt
ist, gedämpft.
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Während die
Druckkraft größer als
die Kraft der Spannungseinstellungsfeder 14 ist, strömt Hydrauliköl in die
Druckkammer 22 durch einen Spalt zwischen den Gleitflächen der
Zylinderkammer 12 und des Stößels 21 in die Vorderseite
der Zylinderkammer 12, wodurch dem Stabelement 13 und
dem Stößel 21 ermöglicht wird,
zurückgezogen
zu werden, bis die Druckkraft sich mit der Kraft der Spannungseinstellungsfeder 14 ausgleicht.
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Wenn
der Motor abgestellt ist, kann der Leertrum 3a der Kette 3 entsprechend
der Positionen der Nocken auf der Nockenwelle 4, wenn diese
stoppen, gedehnt werden. In einem solchen Fall wird eine Druckkraft,
die aus der erhöhten
Kettenspannung resultiert, auf das Stabelement 13 aufgebracht.
Diese Kraft, die eine statische Beanspruchung ist, wird durch die
Druckflanken 44 der Innengewinde 43 auf dem Mutternelement 42 und
den Außengewinden 41 auf
dem Stabelement 13 an deren Positionen in Verschraubungseingriff
miteinander getragen. In diesem Zustand kann das Stabelement 13 nicht
zurückgezogen
werden, da der Flankenwinkel und die Steigung der Druckflanken 44 so
bestimmt sind, daß der
Mechanismus 40 die Zurückziehbewegung
des Stabelementes unter der statischen Druckkraft sperrt.
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Wenn
somit der Motor wieder gestartet wird, wird der Leertrum 3a der
Kette nicht merkbar durchhängen.
Das Stabelement 13 wird somit in einer im wesentlichen
konstanten Position gehalten, so daß der Druck in der Druckkammer 22 ein
wenig absinkt. Das verhindert den Eintritt von Luft in die Druckkammer 22.
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Da
die Ölviskosität hoch ist,
unmittelbar nachdem der Motor in einer kalten Umgebung gestartet
wurde, wird Öl
nicht gleichförmig
in die Druckkammer 12 strömen. Aber da das Stabelement 13 nicht soviel
hervorsteht, wird keine Luft in die Druckkammer 22 eintreten.
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Wie
in 6 gezeigt ist, können eine Mehrzahl von Entlüftungslöchern 52 in
dem Ende des Stößels 21 um
den Kontaktbereich mit dem Stabelement 13 herum ausgebildet
sein, um Luft, die in die Druckkammer 22 eingetreten sein
kann, oder Luft, die sich von dem Öl in der Druckkammer getrennt
hat, in die Zylinderkammer 12 durch die Entlüftungslöcher 52 zu
entleeren, wenn der Stößel 21 durch
die Kette 3 zurückgedrückt wird.
Die hydraulische Dämpfungsvorrichtung 20 kann
somit hohe Dämpfungseigenschaften
beibehalten.
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Die 7 und 8 zeigen
eine andere Art von Entlüftungseinrichtung
zum Entlüften
von Luft in der Druckkammer 22. Diese Einrichtung umfaßt eine Gewindebohrung 53,
die sich zu der oberen Fläche des
Gehäuses 11 und
der Druckkammer 22 öffnet, und
umfaßt
eine Schraube 54, die in die Gewindebohrung 53 eingeschraubt
ist und einen kleinen Spalt 55 zwischen den Gewinden auf
der Bohrung 53 und der Schraube 54 beläßt. Wenn
der Stößel 21 zurückgezogen
wird, wird Luft in der Druckkammer 22 durch den Spalt 55 entleert.
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Um
den in den 1 und 2 gezeigten Kettenspanner
zusammenzusetzen, werden das Rückschlagventil 24 und
dann die Spannungseinstellungsfeder 14 und der Stößel 21 in
dem Gehäuse 11 montiert,
das Mutternelement 42 wird preßgepaßt, und schließlich wird
das Stabelement 13 in die Mutter 42 eingeschraubt.
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Da
die Flansche 27 und 33 des Ventilsitzes 26 und
der Halterung 30 in Anlage miteinander befindlich sind,
wird die Montageposition von sowohl dem Ventilsitz als auch der
Halterung untereinander beschränkt.
Daher gibt es kein Erfordernis, eine separate Einrichtung zum Steuern
der Hubgröße der Sperrkugel 29 zu
schaffen.
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Entsprechend
dieser Ausführungsform
wird das Stabelement durch die Spannungseinstellungsfeder nach außen vorbelastet.
Eine dynamische Beanspruchung, die auf das Stabelement aufgebracht wird,
wird durch die hydraulische Dämpfungsvorrichtung
gedämpft.
Das Stabelement kann somit gleichförmig dem schwankenden Kettenspanner
in seiner Bewegung folgen, so daß die Spannung in der Kette immer
konstant gehalten wird.
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Eine
statische Beanspruchung, die auf das Stabelement aufgebracht wird,
wird durch die Gewindeeingriffseinrichtung getragen. Somit wird,
auch wenn die Kette gedehnt wird, wenn der Motor abgeschaltet wird,
entsprechend der Positionen der Nockenwelle, wenn diese stoppen,
das Stabelement nicht zurückgezogen.
Die Kette bleibt somit gedehnt.
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Wenn
der Motor wieder gestartet wird, wird die Kette nicht merklich durchhängen, und
der Stab wird ein wenig hervorstehen, auch in einer kalten Umgebung.
Es ist somit möglich,
den Eintritt von Luft in die Druckkammer zu verhindern. Der Kettenspanner
kann somit eine hohe Leistungsfähigkeit
beibehalten.
